Sistemi energetici - teoria lezioni

Name: Sistemi energetici - teoria lezioni
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Author: mattia_badiali

Revisionato il 19/07/2026

di mattia_badiali

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Richiami termodinamica I e II principio e piani termodinamici trasformazioni, rendimenti cicli e trasformazioni di compressione/espansione Fondamenti di Combustione teoria della similitudine e …

Esame Sistemi energetici

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Facchini Bruno

Università Università degli Studi di Firenze

A.A. 2021-2022

146 pagine

Appunti esame

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Estratto del documento

Macchine e conversioni energetiche

Le macchine sono sistemi energetici che operano conversioni energetiche. Tra queste, le macchine a fluido si servono delle trasformazioni di flusso.

Tipologie di impianti

Impianto motore: Eptiniaia → Etecicanica
Impianto idrotermico: Etetri → Etecc

Le macchine a fluido si dividono in:

Motrici: Ricavano lavoro dalle trasformazioni del fluido.
Operatrici: Variano lo stato del fluido.

Fonti energetiche primarie

Radiazione solare: Energia solare, eolica, idraulica (energie rinnovabili).
Campo gravitazionale: Energia delle maree.
Formazione del sistema solare: Combustione, energia nucleare.

Impianti motori

Gli impianti motori possono essere:

Termici: Utilizzano fluidi comprimibili e una sorgente di calore come fonte primaria.
Idraulici: Utilizzano fluidi incomprimibili, sfruttando energia di pressione, cinetica e potenziale.

Tipologie di combustione

Combustione interna: I prodotti della combustione si mescolano con il fluido motore.
Combustione esterna: Nessun miscelamento.
Circuito aperto: Il fluido evolve una sola volta.
Circuito chiuso: Il fluido ripete più volte il ciclo.

Grandezze estensive e intensive

Le grandezze estensive dipendono dalla massa, mentre quelle intensive non dipendono dall'estensione del sistema.

Sistemi termodinamici

Sistema chiuso: Con pareti impermeabili alla materia (si accettano ΔL, ΔQ).
Sistema isolato: Non accetta ΔL, ΔQ, materia.
Sistema aperto: Permette il passaggio di materia.

Primo principio della termodinamica

Esprime la conservazione dell'energia: l'energia non si crea né si distrugge, può solo essere convertita da una forma a un'altra.

Per un sistema chiuso con trasformazione ciclica:

ΔQ + ΔL = 0

Per un sistema chiuso con trasformazione non ciclica:

ΔQ + ΔL = ΔU + ΔE_P + ΔE_C

L'entalpia (h) è definita come:

h = U + P.v (grandi estensive)

Per un sistema aperto in regime permanente:

^dU/_dt = 0

Pareti e principi termodinamici

Pareti rigide: ΔL = 0
Pareti adiabatiche: ΔQ = 0

Nono principio della termodinamica

Esprime la negazione del moto perpetuo di seconda specie. È enunciato da Kelvin-Plank: non esiste una macchina termica ciclica il cui unico risultato sia scambiare calore con una sorgente e trasformarlo completamente in lavoro.

L'enunciato di Clausius afferma che non esistono trasformazioni il cui unico risultato sia di far passare Q da un corpo a temperatura minore ad uno a temperatura maggiore.

Il lavoro è definito come 'nobile', cioè più convertibile completamente in calore.

Trasformazioni reversibili e irreversibilità

Una trasformazione è reversibile se è possibile invertire il percorso ripercorrendo esattamente nel senso opposto.

L'irreversibilità può essere interna o esterna, causata da attrito meccanico, scambio termico o reazioni chimiche.

Macchina di Carnot

La macchina di Carnot è quella che realizza il massimo rendimento, definito come:

n_C = W_max / Q_ass = (Q_ass - Q_{ed minime}) / Q_ass = 1 - T_redd / T_olta

Poiché Q dipende solo dalla T, utilizza le grandezze termometriche:

T_F / T_C = (Q_{ed min} / Q_ass)

Relazione di Clausius per irreversibili

Relazione: ∫ δQi/T ≤ 0, si definisce entropia:

dS = δQ_Rev / T

Flusso con ambiente (sc. aperto):

&dS/&dt; = Σ dQ / Ti + QA / Tk + Σ δi + δS_irr / dt

Irreversibilità e disponibilità

AVAILABILITY: esprime la disponibilità di una certa energia ad essere convertita in utile.

L'AVAILABILITY meno il suo valore nello stato di riferimento è definita exergia.

Equazione del bilancio availability:

&dd;u/&dt; = ΣW + ΣQ + Σm Σh + QAΣp &dS/&dt; = ΣdQ / Ti Σm + δS_irr/dt

&dd;u/&dt; = ΣW + ΣQ + Σm_h + TA ΣdQ/dt - TA Σmex lav ex. calore exerc. generalizzata

&dd; (V-TA.S) - TA δS_irr/dt = 0

Exergia e bilancio availability

Ex_(chius.): (U-Ua) - Ta (S-Sa)
Ex_{(a. aper)}: (h-ha) - Ta (S-Sa)

Rendimento del secondo principio

Efficienza utile: Ex in uscita

Efficienza spesa: Ex in ingresso

Secondo principio: Ex_out / Ex_in = 1 - Ex_Lx / Ex_in = η_reale / η_Carnot

Gas perfetti

Se T >> T_cr e P >> P_cr, è valida l'equazione Pv = RT che descrive il loro comportamento.

R specifico = R/M massa

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